概述
由于軟件技術的發(fā)展,傳統(tǒng)的CISC結構必然隨著越來越多的宏代碼和功能更強的操作發(fā)展,以便為高級語言和操作系統(tǒng)提供更多的支持。其結果是指令數(shù)量增加,要求一條指令中完成的操作更多,從而計算機結構變得越來越復雜。但是,在對系統(tǒng)內(nèi)核和優(yōu)化編譯程序生成目標代碼的分析中發(fā)現(xiàn),由于微碼很少提供支持各種高級語言和系統(tǒng)環(huán)境所需的程序,因此復雜指令很少用到。而最簡單的指令卻達到了很高的使用頻度。由此而產(chǎn)生了RISC的概念。
簡介
精簡指令集,是計算機中央處理器的一種設計模式,也被稱為RISC(Reduced Instruction Set Computer的縮寫)。這種設計思路對指令數(shù)目和尋址方式都做了精簡,使其實現(xiàn)更容易,指令并行執(zhí)行程度更好,編譯器的效率更高。常用的精簡指令集微處理器包括DECAlpha、ARC、ARM、AVR、MIPS、PA-RISC、PowerArchitecture(包括PowerPC)和SPARC等。
對比CISC
RISC和CISC是設計制造微處理器的兩種典型技術,雖然它們都是試圖在體系結構、操作運行、軟件硬件、編譯時間和運行時間等諸多因素中做出某種平衡,以求達到高效的目的,但采用的方法不同,因此,在很多方面差異很大,它們主要有:
?。?)指令系統(tǒng):RISC設計者把主要精力放在那些經(jīng)常使用的指令上,盡量使它們具有簡單高效。對不常用的功能,常通過組合指令來完成。因此,在RISC機器上實現(xiàn)特殊功能時,效率可能較低。但可以利用流水技術和超標量技術加以改進和彌補。而CISC計算機的指令系統(tǒng)比較豐富,有專用指令來完成特定的功能。因此,處理特殊任務效率較高。
?。?)存儲器操作:RISC對存儲器操作有限制,使控制簡單化;而CISC機器的存儲器操作指令多,操作直接。
(3)程序:RISC匯編語言程序一般需要較大的內(nèi)存空間,實現(xiàn)特殊功能時程序復雜,不易設計;而CISC匯編語言程序編程相對簡單,科學計算及復雜操作的程序設計相對容易,效率較高。
(4)中斷:RISC機器在一條指令執(zhí)行的適當?shù)胤娇梢皂憫袛?,但是相比CISC指令執(zhí)行的時間短,所以中斷響應及時;而CISC機器是在一條指令執(zhí)行結束后響應中斷。
?。?)CPU:RISC CPU包含有較少的單元電路,因而面積小、功耗低;而CISCCPU包含有豐富的電路單元,因而功能強、面積大、功耗大。
?。?)設計周期:RISC微處理器結構簡單,布局緊湊,設計周期短,且易于采用最新技術;CISC微處理器結構復雜,設計周期長。
(7)用戶使用:RISC微處理器結構簡單,指令規(guī)整,性能容易把握,易學易用;CISC微處理器結構復雜,功能強大,實現(xiàn)特殊功能容易。
?。?)應用范圍:由于RISC指令系統(tǒng)的確定與特定的應用領域有關,故RISC機器更適合于專用機;而CISC機器則更適合于通用機。
特點
究竟應怎樣來認識RISC呢?應該說,時至而今的RISC不是一個具體的系統(tǒng),也不是一種具體的技術,它是一種結構設計的規(guī)范。
所謂RISC計算機,應具有這樣一個指令系統(tǒng),它既能由流水線處理器高效地執(zhí)行,又能為優(yōu)化編譯程序生成優(yōu)化的代碼。
這種開放式的定義綜合了RISC設計的基本要求和原理,在這個定義下的RISC機器通常具有以下特點:
●指令集中各條指令的周期數(shù)一致。以便指令流水線的管理簡單,高效。
●指令編碼簡單一致。
●大部分指令能在一個周期內(nèi)完成。
●只由Load和Store指令訪問存儲器。
●尋址方式簡單。
●延遲的裝入指令。
●延遲的分支指令。
●三地址指令格式。
●寄存器數(shù)量多。
●具有對稱指令集。
應該注意的是,這些特點都沒有排除執(zhí)行復雜功能的指令。例如在很多RISC中都提供了浮點運算指令。但只有在用硬件實現(xiàn)比用一組簡單指令更快時,RISC才考慮包括這種復雜功能指令。所謂“精簡”并不是要求把指令集縮減到某最低限,而應以滿足性能要求為前提。
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